超聲波流速儀在比格壩泄流底孔中應(yīng)用的經(jīng)驗.docx

1、；運行管理j；J文章編號：HX)MiOXl(2fKHiM-00«i9-03超聲波流速儀在比格壩泄流底孔中應(yīng)用的經(jīng)驗德G.摩根斯威斯P.佛蘭科摘要：為監(jiān).瀏比格地的;世流量，左其泄流與壓力引成周中安裝了越聲波漏速僅企紹制量位克和制量方法的選擇等一主題詞：壓力堰涸；弓：水立同：，世洪底孔；流量；測重；制量方法；波速儀中圖分類號：P332.4文獻標識碼：B收稿日期：2000-11-24魯爾河協(xié)會是一個綜合性水管理系統(tǒng).該系統(tǒng)中的主要水庫是阿滕多恩附近的由比格壩攔蓄的水庫.總庫容1.72億nA防洪庫容為0.32億打.在冬季可以使用這一庫容.、這座堆石壩最大壩高52m.電站位于大壩下游6D0m

2、處.承擔峰荷.年發(fā)電量達22MWh一大壩建于1961-1965年，從1966年廿始、在消力池下游450m處的阿滕多恩；比格測站測量水庫出流量，：測站裝備了配有遙測傳輸裝置的浮式水尺-由于測驗斷面水草生長旺盛，特別是春季和夏季，測量結(jié)果越來越&令人滿意，必須號慮安裝新技術(shù)設(shè)備1測量位置與方法的選擇1.1測量位置為了荻得流墾在1業(yè)m%之間可靠的資料.必須重新找一、測站位置.通常.比格壩通過泄流與壓力引水隧洞來泄流，在電站上游，壓力引水隧洞分出2彳、泄流底孔.孔中裝有錐形閥用來調(diào)控流量（見圖1）大多數(shù)水量通過電站下泄電站裝有4臺混流式發(fā)電機，總過流能力39rn?/sc時于更大的直至120n?

3、Is的流量.則使用從壓力引水隘洞分出的泄流底孔下泄，隧洞直徑4m,用埋入混凝土中的壓力鋼管建成（見圖1）”圖1泄流底孔和壓力引水隧洞的布置最大水頭時.壓力鋼管中的流速可達12小為了記錄比格壩的總流量（不包括通過平行于泄流與壓力引水陸洞的泄洪隧洞宣泄的洪水流量），選定了一、測站位置，它位于泄流底孔分叉點上游12m處、.河站附近，有一個壓力管道的接頭和一個進人隧洞的進人孔L2測量方法的選擇由于預(yù)計的高流速和流量變幅范圍大.安裝按響,使用倒數(shù)值:1時差方法工作的超聲流速儀似乎更有效這種測量技術(shù)在魯爾河不同測站的長期運用，獲得了良好的經(jīng)驗：所選擇的測站位置有"、問題.必彼事先解決.(1>

4、;在管道中安裝超聲探頭時.必頊考慮特別大的流速.(2)安裝必銅5能牢固可靠.因為泄流隧洞每年只能進行一次維修-1_+He沖一3“-“C沖)_2和:實得:/)運用零通過法測量傳播時間、和八可最大限度地排除由于懸浮物質(zhì)的存在或管壁反射而產(chǎn)生的振幅變形、2.2測量流量2測量技術(shù)晚定管道中的流量有兒種方法隨首反應(yīng)更快.有效范圍更廣的現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展.超聲儀器取代了傳統(tǒng)的方法.2.1操作原理QuantumHydr<«ictrieGmbH提供的超聲波流速儀用傳播時間確定流速，即權(quán)據(jù)超聲波信號在液體中從發(fā)射器到接收器的傳播時間得出聲速營和流速當-卜聲脈沖在動水中順向而不是垂直于運動的平均方

5、向傳播時，通過一卜已知距離的時間與相同溫度.鹽度、含沙魚和壓力的靜水中的傳播速度不同：聲波信號在流動介質(zhì)中的傳播速度等于聲速與垂直于斷面的平均流速在聲波仕播廳向的流速分量之和.即：cu+vz.罕I|C-071?考慮了由波傳播方向和傾角S傳感器1(作為發(fā)射器)和2(作為接收器)之間的距離L.則向下游的傳播時間為："_""_Cu4NO：沖如果發(fā)射器和接收器調(diào)換,向上游的傳播時間為：_,-.一_r、<*.I<1,_L'COSCf測出傳播時間/;和上.然后用，二，._',則得：對半徑為R.面積為A的形斷面，流量Q為：-7T平均流速漢替代了斷面上

6、的：.維流速分布.流速分布校正系數(shù)K表示所要求的平均流速可以轉(zhuǎn)換器所限定的路徑中所測流速在管道軸向的分量之間的關(guān)系：22.1單路徑系統(tǒng)在理論上的甘稱非扭曲水流和管道上下游長度適當?shù)那闆r下，流地只由通過管軸的單路徑系統(tǒng)確定.對這種情況.系數(shù)K的值可近似地用下式計算；K=+O.U091ugR<-n.tWKLg"(.>/?式中/&=?因為計算校正系數(shù)K的給定條件供少提供.必須利用流體力學或水與數(shù)值校正技術(shù).2.2.2平行多路徑系統(tǒng)在兒卜路徑中進行洲量的情況下,流速分布圖對刪量不加定性的影響減少了，對于在幾個平行路徑上的測量.Q與v的關(guān)系與測雖平面的位置有關(guān),按照高斯法由

7、帶權(quán)重因TW,的近似積分確定(表1和圖3)，Q=AlW.v,Iel由上式，當時.管中的平均流速可寫為:'豆壬捻山一,)此式表示聲速對結(jié)果的影響，為了消除這種影10.表1h個平行路徑的位置=中£技的距離J<=牛奩J_2»lr3路徑4Mifr：!<W.>:RIV,r：l<w.1(i.5774IIJUU-n77460.5555-i>SOJI1)3479-ii5?7JI(IINIi)iXHXiL>8S68-II.34IKJ(1.U52J3+f?74t»i)5555i>34D00b?214>W1«:華根斯威斯

8、等超聲波流速儀在比格地泄流底孔中應(yīng)用的經(jīng)驗此外,模型計算表明最大流速明顯小于預(yù)期流速.對于比格壩，最大水頭產(chǎn)生的預(yù)期流速高達口tn/s.觀烈點的流速分布由勢位式給出.圖2傳播時間法的2個傳感器的位置圖3根據(jù)高斯法確定的幾個平行路徑的位曾2.2.3交叉路涇系統(tǒng)為了在較不利的情況下的以足夠的精度確定中心軸的流速，可以利用非平行平面上各種信號路徑形式:.幾種非平行路徑的布置在全部傾角0°乎9計的范圍內(nèi)理論上是可行的，以交叉布置的聲道進行的測量減少了交又水流的影響.，這些布置在不利水流情況下或者進出口斷面的長度不足以建立正常流速分布圖時有特殊的優(yōu)點，種常用的解決辦法是建立.通過管道中，。的2

9、條對角交叉的路徑（見圖4）,圖12條交叉路徑（1-4為傳感器）2.3底部泄流隧洞的洌量系統(tǒng)原則上、超聲波流速儀要求足夠的進出口斷面.進口斷面決定流速分布。唯可行的測量比格壩總出流的測量位置如圖1所示，它具有長而且直的進口斷面，可以保證幾乎是非扭曲和理i侖上的對稱水流條件.僅在觀測點下游12功分叉成3根管道，對一V合適的出口斷面來說.滿足基本要求因此，需要進行數(shù)值計算結(jié)果明確地表明分叉討觀測點斷面上的流速分布無影響C在比格壩底部泄水隧洞選擇交又路徑系統(tǒng)后,在大直徑封閉管道中交叉路徑系統(tǒng)獲得的有益經(jīng)驗和數(shù)值校正的結(jié)果是決定性因素，由于以后的安裝和安全的原因.事實證明完全從內(nèi)側(cè)固定傳感器是有利的.只有電纜連接需要一個通過管壁的插塞接頭3結(jié)果和經(jīng)驗圖5給出了1998年9月13曰超聲波流速儀測雖的結(jié)果,15min刪的流雖過程線表明：在這期間.比格壩的出流受峰荷電站的影響很大-根據(jù)電網(wǎng)對電力的需求，每日有37彳、流量峰值-這樣，流量在近于零到最大流量28m'.k之間波動-I>UIt-II.If51JVI:IhJ,處WNMhM.1E以仙圖5比格壩泄流底亂1998年9月13日超聲波流速儀的測量結(jié)果